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title: "Forscher erhöhen die Festigkeit von Bauteilen durch fortschrittliche Simulationen"
url: https://www.voxelmatters.com/de/forscher-erhoehen-die-festigkeit-von-bauteilen-durch-fortschrittliche-simulationen/
date: 2025-12-06
modified: 2025-12-06
lang: de
author: "Edward Wakefield"
description: "Laut der Kennesaw State University schränken die inneren Strukturen von 3D-gedruckten Bauteilen häufig deren Festigkeit und Zuverlässigkeit ein. Neue Forschungsergebnisse der Universität zeigen, dass durch die Anpassung der Druckeinstellungen die..."
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  - "AM für Energie"
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  - "Kernenergie"
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# Forscher erhöhen die Festigkeit von Bauteilen durch fortschrittliche Simulationen

[Laut der Kennesaw State University](https://www.kennesaw.edu/news/stories/2025/team-innovates-3d-printed-structures-simulations.php) schränken die inneren Strukturen von 3D-gedruckten Bauteilen häufig deren Festigkeit und Zuverlässigkeit ein. Neue Forschungsergebnisse der Universität zeigen, dass durch die Anpassung der Druckeinstellungen die Leistungsfähigkeit der Bauteile erheblich verbessert werden kann, wodurch gedruckte Bauteile fast dreimal so fest werden und der Weg zu sichereren und effizienteren Konstruktionen geebnet wird.

Unter der Leitung von Aaron Adams, stellvertretender Vorsitzender des Fachbereichs Ingenieurtechnik, untersucht der Mechatronik-Student Eric Miller, wie interne strukturelle Merkmale die Leistung in kritischen Anwendungen wie der Kernenergie beeinflussen. Als Mitglied des START Lab der KSU innerhalb des Southern Polytechnic College of Engineering and Engineering Technology arbeitet Miller mit Studenten und Dozenten zusammen, die sich auf Simulationen, additive Fertigung und die Forschung an fortschrittlichen Werkstoffen konzentrieren.

Ihr Projekt, das vom Summer Undergraduate Research Program und dem Sophomore Scholars Program unterstützt wird, untersucht, wie sich kleine Designentscheidungen auf die Festigkeit von 3D-gedruckten Teilen auswirken. Adams sagte, die Arbeit könne dazu beitragen, langjährige [Herausforderungen im Bereich der Kernbrennstoffeffizienz](https://www.voxelmatters.com/ornl-qualifying-3d-printed-nuclear-materials/) zu lösen. „Derzeit liegt der Brennstoff in Form von Pellets vor, die etwa so groß wie ein Penny sind, und die Pellets werden wie eine Münzrolle aufeinandergestapelt“, sagte Adams, Associate Professor für Maschinenbautechnik. „Diese Brennstoffpellets werden dann in einen Brennstoffstab eingesetzt. Wenn die Kernreaktion beginnt, erhitzen sie sich, dehnen sich aus und kommen mit der Stabwand in Kontakt. Da sie keinen Platz zum Ausdehnen haben, müssen sie entfernt werden, bevor der Brennstoff vollständig aufgebraucht ist, was die Menge des verwendbaren Brennstoffs begrenzt. Letztendlich hoffen wir, durch komplexe Geometrien eine Steigerung der Brennstoffausnutzung um 15 Prozent zu erreichen.“

Das Team untersucht, wie mit 3D-Druck interne Kanäle und neue Gitterstrukturen geschaffen werden können, die dem Material Raum zur Ausdehnung geben und so sowohl die Effizienz als auch die Sicherheit erhöhen.

Millers Aufgabe umfasst das Entwerfen von Modellen, das Vorbereiten von Simulationen und die Verwendung der Finite-Elemente-Analyse (FEA) zum Testen verschiedener Kombinationen von Gitterwinkeln und -dichten. Er erwähnte, dass diese Arbeit ihn über den Rahmen seines üblichen Mechatronik-Studiums hinausfordert und sein Verständnis für mechanisches Verhalten verbessert hat.

„Ich wollte mich mehr mit der Welt des Maschinenbaus beschäftigen, da wir uns in der Mechatronik weniger darauf konzentrieren. Der Einstieg in die Werkstofffestigkeit und die FEA war eine großartige Lernerfahrung“, sagte Miller und fügte hinzu, dass ihn die Zugänglichkeit des 3D-Drucks schon immer fasziniert habe. „Als ich jünger war, war ich ziemlich ungeschickt und habe ständig Dinge kaputt gemacht. Mit einem 200-Dollar-Drucker und kostenloser Software konnte ich Ersatzteile für die Dinge herstellen, die ich kaputt gemacht hatte. So kann ich mir wirklich etwas vorstellen und es dann zu Hause bauen, auch wenn es nicht so [komplex ist wie Kernbrennstoffe.](https://www.voxelmatters.com/de/lfam-ermoeglicht-die-zukunft-der-kernenergie-am-ornl/)“

Die Durchführung umfangreicher Simulationen stellte ebenfalls eine Herausforderung dar. Die für gekrümmte Geometrien erforderlichen detaillierten Maschenweiten haben die Grenzen der Rechenressourcen des Labors ausgelastet, was Adams als Teil des Bildungsprozesses betrachtet. „Wenn man unsere größte Herausforderung in einem Wort zusammenfassen müsste, wäre es ‚Ressourcen‘, insbesondere unsere Fähigkeit, hochkomplexe Simulationsmodelle durchzuführen“, sagte er. „Aber ich gebe Eric die Aufgabe, und er erledigt sie. Er übertrifft immer die Erwartungen.“

„Das ist genau die Art von praxisorientierter Forschung, für die wir uns einsetzen“, sagte Lawrence Whitman, Dekan der SPCEET. „Eric und Dr. Adams entwickeln Lösungen, die zur [nationalen Energiesicherhei](https://www.voxelmatters.com/voxelmatters-energy-am-focus-2023-ebook/)t beitragen und die Zukunft der Fertigungsindustrie stärken.“

Miller wird die Ergebnisse des Teams der Kennesaw State University auf einer bevorstehenden Konferenz der American Society of Mechanical Engineers (ASME) vorstellen.